第二章 人眼视觉原理ok.ppt

1、1、第二章人眼视觉原理，2、内容导航，2.1光的特性2.2光度学基本概念2.3人眼的器官结构2.4人眼的视觉特性2.5色的视觉2.6总结工作，3，2.1光的特性，电磁波光谱分布，光是电磁波在真空下的速度为每秒30万公里，4，4 微粒支配了17、18世纪，能够说明光的直线传播和反射、折射，但是得出了水中的光的速度比空气大的错误结论。 根据波动说，光被认为是纵波，无法解释“静止以太网”矛盾的性质(密度极小，弹性率极大)。 惠更斯(16291695 ) :牛顿(16431727 ) :5，2.1光的特性，托马斯杨和菲涅耳于19世纪初解决了光横波的问题，菲涅耳，托马斯杨，傅科1862年1788.5-1

2、827，法国土木工程师兼物理学家1819.9-1868.2，法国物理学家，实验天才，以“傅科摆”闻名世界，6，19世纪60年代麦克斯韦，2.1光的特性，1831-1879，英国物理学家，数学家，电磁波的存在。 以麦克斯韦电磁方程式而闻名。 7、2.1光的特性，19世纪末日，欧洲萩名科学家欢聚一堂。 在会上，凯尔文爵士发表了新年祝词。 他回顾物理学取得的伟大成就，物理大楼已经完工，剩下的只是修饰工作。 同时，他在展望20世纪物理学前景时，有一个想法说：“动力理论肯定热和光是运动两种方式，现在，那片美丽晴朗的天空被两片乌云复盖，第一片乌云出现在光的波动理论中，第二片乌云关于能量均分的麦克斯韦伯(t

3、hebeautyandclearnessofthedynamicaltheory，whichassertsheatandlighttobemodesofmotion，is at present obscured by two clouds )他说的第一个主要意味着迈克尔孙子的实验结果与以太网漂移说相矛盾他所说的第二乌云主要意味着热学中的能量均分律在气体比热和势能辐射能谱的理论解释上得到了与实验不同的结果，其中尤其是黑体辐射理论现在英国着名物理学家w汤姆森(即凯尔文爵士)是19世纪英国杰出的理论物理学和实验物理学家，是很有影响力的物理学权威，他的说法显示了物理学发展到19世纪末期的基本情况，反映

4、了当时物理学界的主要思潮：8， 最初的乌云迈克尔逊实验和“以太网”说崩坏太阳的光通过真空传到地球，来自数十亿光年以外的银河的光也通过宇宙空间传到地球。 光波为什么能在真空中传播？ 那个传播媒体是什么？ 物理学家在光中发现了传播媒介“以太网”。 最先提倡“以太网”的是古希腊哲学家亚里士多德。 亚里士多德认为下界是由火、水、土、气四元素组成的上界，在此基础上加上第五要素“以太网”。 牛顿在发现万有引力后，遇到了问题：为了寻求在宇宙真空中重力是从什么媒体传播的完全解决，牛顿使亚里士多德的以太网复活，认为以太网是宇宙真空中引力的传播媒体。 之后，物理学家发展了以太网，认为以太网也是光波的传播媒体。 光

5、和重力一样，通过以太网传播。 他们还假设整个宇宙空间充满了“以太网”，“以太网”是由非常小的弹性球构成的稀薄而感觉不到的介质。19世纪的时候，麦克斯韦电磁理论也把传播光和电磁波的媒体称为没有重量，绝对可以渗透的以太网。 “以太网”具有电磁性质和电磁作用的传递者和机械力学性质，它是绝对静止的参考系统，所有运动都对其进行。 由此可见，电磁理论与牛顿力学相协调。 以太网普遍接受了光、电、磁共同载体的概念，形成了以太网。 但是，肯定以太网的存在，新的问题是，如果地球以每秒30公里的速度绕太阳转，在每秒吹出30公里的以太网风的同时，还必须影响光的传播。 这个问题的发生，引起了人们研究有无“以太网风”。

6、为了观测是否存在“以太风”，1887年，美国物理学家迈克尔逊与美国化学家、物理学家莫雷合作，进行了克利夫兰有名的实验-迈克尔逊-莫雷的实验，即“以太漂移”的实验。 实验结果证明，无论地球运动的方向与同一光的射出方向一致还是相反，检测出的光速都是相同的，与假定为地球的“以太网”之间没有相对运动。 因此，找不到“以太网”或“绝对静止的空间”。 由于该实验理论上易懂、方法上准确可靠，因此实验结果肯定否定了以太网的存在。 迈克尔逊莫雷的实验困扰了科学家。 他们必须放弃对电磁和光的许多现象进行说明的以太网理论。 如果他们不敢放弃以太网，他们就要放弃比太学更古老的哥白尼地动说。 古典物理学在这次萩名实验之

7、前，真是搞不好。 9、第二黑云黑体辐射为“紫外灾难”，与2.1光特性相同的温度，不同物体的发光亮度和颜色(波长)不同。 颜色深的物体吸收辐射的能力比较强，如煤对电磁波的吸收率可达80左右。 所谓的“哥特体”，是没有任何反射和透过，能够吸收所有来自外部的辐射，吸收率为100的理想物体。 不存在真实的黑体，但是一个表面有小孔的空洞可以看作是近似的黑体。 因为通过小孔进入空洞的辐射在空洞中经过多次反射和吸收后，不会从小孔中泄漏出来。 19世纪末，鲁梅尔(18601925 )等通过萩名实验黑体辐射实验发现，黑体辐射的能量不连续，波长分布仅与黑体的温度有关。 从古典物理学的观点来看，这个实验的结果很不可

8、思议。 怎样解释黑体辐射实验的结果？ 当时，人们从古典物理学中寻找实验规律。 前提和出发点不正确，结果导致了失败的结果。 例如，德国物理学家维也纳(18641928 )制定了黑体辐射能量按波长分布的公式，该公式仅在波长短、温度低的情况下与实验事实一致。 英国物理学家瑞利和物理学家、天文学家金斯认为能量是连续变化的物理量，在波长长、温度高时与实验事实比较建立了一致的黑体辐射式。 但是，根据瑞利金斯公式，短波区(紫外光区)辐射强度随波长的缩短而无限增加，这与实验数据相差10万8000英里，是不可能的。 所以这次失败被爱伦政权称为“紫外灾害”。 其失败无疑表明古典物理学理论在黑体辐射问题上失败了，这

9、也是整个古典物理学的“灾难”。 10、物理学的发展历史表明，这两朵小乌云终于形成了大风暴。 第一朵乌云导致相对论的产生，第二朵乌云导致量子论的出现。 这两朵乌云正是世纪交际物理学革命的导火线，发展了新的物理学理论。2.1光的特性，迈克尔逊、莫雷、瑞利、爱因斯坦、普朗克、1852-1931、美国物理学家、1839-1923、美国化学家、1842-1919、英国物理学家、1842-1919宇宙射线、光的发生机制亮度感觉不同(相同的亮度环境)，放射功率不同，波长不同的光，亮度感觉相同，光的强弱尺度：光度学，说明功率和波长都影响亮度感觉，13，2.2光度学的基本概念，光度学中以发光强度的单位烛光为基本

10、单位。 在1979年第16次国际校正量大会上，坎德拉决定发射频率5401012Hz的单色辐射的光源的指定方向的发光强度，该方向的辐射强度为1/683(W/Sr )。14、2.2光度学基本概念、发光强度(坎德拉cd )、15、典型照度、教室、阴天、直射日光、夜间满月、16、典型亮度(cd/mm2 )、日光、白炽灯、白炽灯光学过程化学过程神经处理过程、来自客观景色(发光体或散射体)的光束，具有光能左右光刺激是视网膜上经神经处理产生的神经脉冲(电流脉冲)沿着视神经纤维传递到大脑皮质，产生视觉。 20、2.4当人眼的视觉特性、1 .人眼的光谱响应特性、发射功率相同，而波长(频率)不同，色感不同的亮度感

11、觉，21、4，人眼的视觉特性、视感度的定义相同的亮度感觉时，测量各种波长的光的发射功率。 越大，人眼对该波长的光越不敏感，越小，表示人眼对该波长的光越敏感。 习惯性定义的倒数是可见度。22，2.4在人眼视觉特性、相对可见度曲线(光谱响应曲线)、明亮环境下，观察黄绿色可见度归一化曲线、23，2.4人眼可见度曲线，在等能量分布的光谱中，人眼最暗的是红色，其次是蓝色和紫色，24，2 在弱光条件下，可见度曲线向左移动。 视网膜内锥状细胞和柱状细胞的不同工作特征，2 .人眼亮度感觉特性，25，2.4人眼视觉特性，明视觉和暗视觉的视觉灵敏度曲线，26，2.4人眼视觉特性，韦伯定律在均匀的亮度背景下。 其中

12、，b是背景亮度，是人眼能感知到的最小亮度差。 说明人眼的亮度感觉不仅与物体自身的亮度有关，还与周围环境的亮度有关。 一般来说，背景越明亮越难辨别。 27、根据亮度路灯的感觉不同，28、2.4人的眼睛视觉特性、明暗感觉的相对性、晴朗的白天(10000cd/mm2 )、人眼可识别的亮度范围在20020000CD/mm2、200CD/mm2以下，而夜间(30cc ) 、29、2.4人眼的视觉特性、视觉范围、实感亮度是以自适应亮度为中心的一部分(1000:110:1 )，指定人眼感受到的亮度范围，从千分之几到几百万cd/mm2。 30，2.4人眼的视觉特性，这种感觉非常有用，再现图像的亮度，只要两者的

13、对比度不变化，就不必等于实际场景的亮度，对于人眼无法感觉到的亮度差，只要保证再现图像和原风景具有相同的亮度水平，就可以将图像31，2.4人眼视觉特性，3 .人眼分辨率：对被摄景细节的分辨率。 刚在被观察物体上能够辨别的最近2黑点或2白点的视角的倒数称为人眼的分辨率。P15 :分辨率1，1，0.03 mm是分辨率极限，32，2.4人眼视觉特性，33，2.4人眼视觉特性，4 .人眼视觉不活跃性通常是使人眼亮度感觉的变化比实际亮度的变化延迟的视觉的临时特性，总称为视觉不活跃性。 视觉惰性是人眼的重要特性之一，描述了主观亮度和光作用时间的关系。 34、2.4与人眼的视觉特性、视觉惰性密切相关的是临界闪

14、烁频率，是指不会产生刚好闪烁感的最低频率。 光脉冲的频率不高的话，人眼会产生明亮暗淡的闪烁感，长期来看容易疲劳。 另外，35和2.4人眼的视觉特性通常是在电影广播期间每秒放置24个固定屏幕，并且电视机每秒传输2530个图像，使得感觉到人眼连续运动的图像。 36，2.5色视觉，我是色盲，37，2.5色视觉，38，5，色视觉，色感入射到眼内包含不同颜色成分的单色光的复合光网膜上锥细胞内包含感受红、绿、蓝三原色的感色成分。 39、颜色三要素，亮度：指光作用于人眼时产生的亮度感觉，与色光中含有的能量有关。 色调：指颜色的类别，与光的波长有关。 改变光的光谱成分，光的色调就会改变。 色度：指色相的浓淡程

15、度(纯度)，对于物体来说色度与物体的反射光谱选择性有关。 40、2.5色视觉、色相、彩度、色度对彩色光的颜色种类和颜色的深度都进行说明。 彩度、明度、全色、无彩色只是明度的差别，没有色相、彩度的2个特性。 四十一、三原色的原理意味着自然界中常见的大多数颜色是由相互独立的三种原色以一定的比例混合而成的。 独立是指任何基本颜色都不能从其他两种基本颜色合成。 42、1931年，国际照明委员会(CIE )规定了汞光谱中的R 700nm。 G546.1nm纳米； B 435.8nm是红、绿、蓝的原色光。 只要红、绿、蓝三种光的比例合适，就可以合成自然界常见的许多颜色。 43、5、颜色视觉、混色方法(定性)不同的颜色混合，可以创造新的颜色。 这个方法叫做混色法。 混色包括加法混色和减法混色。 将44、2.5色视觉、混色的各色分解的光谱成分相加，进行混色而得到的色光的亮度等于成分原色的亮度之和。 彩电利用红、绿、蓝的基色调制成各种颜色。 在45，2.5色视觉，加法混色规则红色绿色蓝色白色红色绿色黄色青色品红色(紫)绿色青色，46，2.5色视觉，黄色蓝色白色(互补)品红色绿色白色(互补)青色红色白色(互补)，47色印刷，彩色胶卷，绘画中广泛使用。49、2.5颜色视觉、减法混色规则青色、白色、品红色、白色、黄色、黄色、黄色、黄色、黄色